L245 против L290 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
L245 и L290 — это два часто упоминаемых низколегированных конструкционных сталей, используемых в строительстве, мостостроении, судостроении, тяжелом производстве и общих конструкционных приложениях. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства, рассматривающие эти два сорта, обычно балансируют конкурирующие приоритеты, такие как минимальные требования к прочности на текучесть по сравнению с свариваемостью, прочность при низкой температуре по сравнению с стоимостью материала и необходимость в более высокой закаляемости по сравнению с легкостью обработки.
Основное практическое различие между ними заключается в их установленной минимальной прочности на текучесть: L290 требует более высокого гарантированного уровня текучести, чем L245. Это различие обычно достигается за счет стратегии легирования и выбора обработки (микролегирование, контролируемый углерод и марганец, термомеханическая обработка), которые, в свою очередь, влияют на закаляемость, прочность и поведение при обработке. Поскольку оба сорта используются для схожих конструкционных ролей, проектировщики часто сравнивают их при спецификации плит, прокатных секций и сварных компонентов, где компромисс между прочностью и удобством обработки имеет значение.
1. Стандарты и обозначения
- Типичные стандарты, в которых появляются обозначения L-стиля: национальные и региональные стандарты для конструкционных сталей и оборудования под давлением. Точное обозначение и химические/механические требования должны быть проверены в соответствии с применимым стандартом или сертификатом завода для региона поставки.
- Классификация: как L245, так и L290 являются низколегированными или углеродными конструкционными сталями (не нержавеющими, не инструментальными сталями). Их часто группируют с горячекатанными конструкционными сталями, предназначенными для общего сварного и заклепочного строительства.
- Общие стандарты и документы, которые следует проконсультировать для конкретных требований:
- EN/Европейские нормы для конструкционных сталей (проверить местное нормативное обозначение)
- Национальные стандарты (например, GB, JIS, ASTM/ASME могут предоставить функциональные эквиваленты, но с другими названиями)
- Листовые сертификаты поставщика и спецификации покупателя (PSL, API и т.д.)
2. Химический состав и стратегия легирования
Сорта L245 и L290 не определяются единственной уникальной химией, а определяются разрешенным химическим диапазоном и целями механических свойств. Следующая таблица дает ориентировочные, представительные диапазоны состава и типичную роль каждого элемента. Эти числа являются ориентировочными; проконсультируйтесь с управляющей спецификацией и сертификатом завода для точного состава.
| Элемент | Типичное содержание (вт%) — ориентировочно | Цель / эффект |
|---|---|---|
| C | 0.05 – 0.20 | Увеличивает прочность и закаляемость; более высокий C снижает свариваемость и пластичность, если не контролируется |
| Mn | 0.4 – 1.6 | Укрепление за счет твердого раствора, улучшает закаляемость; избыточный Mn повышает CE и закаляемость HAZ |
| Si | 0.02 – 0.6 | Обезуглероживатель и вклад в прочность; высокий Si может повлиять на свариваемость |
| P | ≤ 0.025 (обычно низкий) | Примесь; поддерживается на низком уровне для сохранения прочности |
| S | ≤ 0.010 (обычно низкий) | Примесь; поддерживается на низком уровне для пластичности и свариваемости |
| Cr | 0 – 0.5 (часто низкий или отсутствует) | Улучшает закаляемость и прочность при повышенной температуре |
| Ni | 0 – 0.5 | Улучшает прочность при низкой температуре, если присутствует |
| Mo | 0 – 0.2 | Добавляет закаляемость и стойкость к ползучести, часто ограничено из-за проблем со свариваемостью |
| V, Nb, Ti | Десятки до сотен ppm (микролегирование) | Уточнение зерна, упрочнение осаждением, контроль превращения аустенита |
| B | ~ppm уровни, если используется | Мощный агент закаляемости при очень низких концентрациях |
| N | Следы | Используется с Ti для контроля нитридов; влияет на осаждение |
Как легирование влияет на свойства: - Повышение содержания углерода и марганца увеличивает прочность на текучесть и прочность на разрыв и закаляемость, но может снизить свариваемость и прочность, если не компенсировано микролегированием или контролируемой обработкой. - Микролегирование (Nb, V, Ti) позволяет достичь более высокой прочности при более низком углероде за счет упрочнения осаждением и уточнения зерна — это полезно для сохранения свариваемости и прочности лучше, чем эквивалентные C–Mn стали, упрочненные только углеродом. - L290 обычно достигается за счет немного более сильного легирования и/или термомеханической обработки по сравнению с L245, что приводит к более высокой минимальной прочности на текучесть без чрезмерного увеличения углерода.
3. Микроструктура и реакция на термообработку
Типичные микроструктуры и реакции на обработку для обоих сортов: - В прокатанном/нормализованном состоянии: феррит–перлит с возможными байнитными фракциями в зависимости от охлаждения и легирования. Нормализация уточняет размер зерна феррита, улучшая прочность. - Термомеханически контролируемая обработка (TMCP): производит мелкозернистый феррит и локально преобразованные байнитные/закаленные мартенситные карманы, которые одновременно увеличивают прочность на текучесть и прочность — этот путь обычно используется для достижения более высоких классов прочности, таких как L290, без высокого углерода. - Закалка и отпуск (Q&T): не типично для стандартных конструкционных сталей L-серии, если не требуются специальные механические свойства; Q&T увеличит прочность, но за счет увеличения сложности обработки и потенциального снижения пластичности, если будет чрезмерно отожжено или если углерод высок. - Зона термического влияния (HAZ): в сварных конструкциях свойства HAZ чувствительны к эквиваленту углерода и содержанию микролегирования; микролегированные стали TMCP, как правило, имеют более благоприятное поведение HAZ, чем высокоуглеродные стали эквивалентной номинальной прочности.
Сравнительные заметки: - L245, с его более низкой целевой прочностью, часто достигается обычным прокатом или легким TMCP, что приводит к преобладанию феррит–перлита с хорошей пластичностью. - L290 чаще полагается на TMCP и микролегирование для достижения более высокой прочности на текучесть при сохранении прочности; микроструктура будет иметь более мелкие зерна и более высокую долю упрочняющих компонентов.
4. Механические свойства
Определенные механические требования должны быть прочитаны из применимого стандарта или сертификата завода. Единственным надежным отличием в обозначении является минимальная прочность на текучесть.
| Свойство | L245 (типичное/основы спецификации) | L290 (типичное/основы спецификации) |
|---|---|---|
| Минимальная прочность на текучесть (МПа) | 245 МПа (установленный минимум) | 290 МПа (установленный минимум) |
| Прочность на разрыв | Зависит от процесса; обычно перекрывается с диапазонами L290, когда оба нормализованы/TMCP (консультируйтесь со спецификацией) | Зависит от процесса; более высокая минимальная прочность подразумевает аналогичные или немного более высокие требования к прочности на разрыв |
| Удлинение (A%) | Обычно достаточно для конструкционных сталей; зависит от толщины и обработки | Сравнимо, но может быть немного снижено при более высоких уровнях прочности, если достигнуто за счет механизмов упрочнения, которые снижают равномерное удлинение |
| Ударная вязкость по Шарпи | Установлено покупателем (температура и энергия); более низкий углерод + TMCP направлено на сохранение хорошей прочности | TMCP и микролегирование нацелены на сохранение хорошей прочности даже при более высокой прочности на текучесть, но фактические значения зависят от толщины и химии |
| Твердость | Широко варьируется; обычно умеренная для конструкционных сталей | Может быть умеренно выше, если механизмы упрочнения сильнее |
Интерпретация: - L290 обеспечивает более высокую гарантированную прочность на текучесть; это основа для выбора, когда проект требует более высокого допустимого напряжения или более тонких секций для той же нагрузки. - Прочность и пластичность могут быть сопоставимыми, если L290 производится с помощью современного TMCP и микролегирования; если более высокая прочность достигается за счет увеличения углерода, прочность и свариваемость пострадают.
5. Свариваемость
Свариваемость зависит в первую очередь от эквивалента углерода (CE) и наличия легирующих элементов, которые способствуют закаляемости.
Общие эмпирические индексы: - Эквивалент углерода IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Международный Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Качественная интерпретация: - Более низкий $CE_{IIW}$ и более низкий $P_{cm}$ улучшают гибкость выбора предварительного подогрева/расходных материалов и снижают риск трещин в HAZ. - L245, с его более низкой целевой прочностью, часто имеет более низкий эквивалент углерода и, следовательно, обычно легче сваривается с меньшим предварительным подогревом, чем L290, когда последний достигает более высокой прочности за счет более высокого содержания легирующих элементов. - Если L290 производится с помощью микролегирования и TMCP, а не за счет более высокого углерода, свариваемость может оставаться приемлемой; однако может быть рекомендован немного более высокий предварительный подогрев или контролируемая сварочная процедура в зависимости от толщины. - Всегда консультируйтесь с квалифицированными спецификациями сварочных процедур (WPS) и проводите оценки HAZ и PWHT для критических конструкций.
6. Коррозия и защита поверхности
- Эти два сорта являются углеродными/низколегированными сталями, не имеющими нержавеющего покрытия. Они не обеспечивают внутренней коррозионной стойкости, превышающей таковую у обычных конструкционных углеродных сталей.
- Стандартные стратегии защиты: покрытия (эпоксидные, полиуретановые), горячее цинкование, металлизация или жертвенные покрытия в зависимости от окружающей среды и срока службы.
- Индексы нержавеющих сталей, такие как PREN, не применимы к конструкционным углеродным сталям L-серии: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Использование PREN имеет значение только при оценке нержавеющих сплавов; для L245/L290 коррозионная стойкость зависит от внешней защиты и контроля окружающей среды.
- При спецификации для агрессивных условий (морская брызга, химические вещества) учитывайте коррозионные запасы, защитные покрытия или выбор нержавеющих или коррозионно-стойких сплавов.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Обрабатываемость: Обычно сопоставима с другими низколегированными сталями. Более высокие классы прочности могут быть немного сложнее в обработке из-за повышенной прочности и потенциальной возможности упрочнения; инструменты и подачи должны быть отрегулированы.
- Формуемость и изгиб: L245 обычно позволяет немного легче холодную формовку и более узкие радиусы изгиба для той же толщины по сравнению с L290. Для L290 ограничьте деформации изгиба в соответствии с рекомендациями поставщика и используйте правильные мандрелы/отжиг при необходимости.
- Резка и термическая обработка: Оксигазовая, плазменная и лазерная резка являются обычными; более высокое содержание легирующих элементов или более толстые секции могут повлиять на настройки резки и шлака.
- Подготовка поверхности и сварочные расходные материалы: Для обоих сортов следуйте рекомендациям поставщика по предварительному подогреву, температуре между проходами и выбору filler metal, чтобы сохранить прочность и избежать проблем с HAZ.
8. Типичные применения
| L245 — Типичные применения | L290 — Типичные применения |
|---|---|
| Общие конструкционные компоненты в зданиях и каркасах, где достаточно умеренной прочности, а скорость/стоимость обработки являются приоритетами | Конструктивные элементы в мостах, морских сооружениях и тяжелом оборудовании, где более высокие допустимые напряжения позволяют использовать более легкие секции |
| Легкие и средние сварные конструкции, плиты и балки | Нагрузочные корпуса, стрелы кранов и более тяжелые сварные конструкции, требующие более высокой прочности |
| Общие рамы машин, опоры и второстепенные конструкции | Применения, где требуется снижение веса за счет более прочного материала, с учетом контроля свариваемости |
Обоснование выбора: - Выбирайте L245 для более низкой стоимости, легкости обработки и когда проектные нагрузки могут быть выполнены с более низкой прочностью на текучесть. - Выбирайте L290, когда требования к проекту требуют более высокой прочности на текучесть для уменьшения размера или веса секции, или когда требуется более высокая запас прочности — при условии, что могут быть выполнены процедуры сварки и цели прочности.
9. Стоимость и доступность
- Стоимость: L290, как правило, дороже, чем L245 за единицу массы из-за более строгих контролей обработки, микролегирования или дополнительных термических обработок, необходимых для гарантии более высоких уровней прочности на текучесть. Однако стоимость за функциональную производительность (например, стоимость за единицу грузоподъемности) может быть выгодной для L290, если сокращение секции компенсирует стоимость материала.
- Доступность: Оба сорта доступны на коммерческой основе от крупных сталелитейных заводов и сервисных центров, особенно в виде плит и проката. Сроки поставки и предлагаемые формы (плиты, катушки, конструкционные формы) зависят от регионального производства и спроса; L245 обычно более распространен в общих конструкционных цепочках поставок.
10. Резюме и рекомендации
| Критерий | L245 | L290 |
|---|---|---|
| Свариваемость | Как правило, легче (более низкая тенденция CE) | Немного более требовательный; приемлемо, если используются TMCP/микролегированные и правильные WPS |
| Баланс прочности и прочности | Хорошо для конструкций средней нагрузки | Более высокая минимальная прочность; может сохранять прочность с TMCP/микролегированием |
| Стоимость | Низкая стоимость материала; легкость обработки | Высокая стоимость материала, но потенциальная экономия веса в проекте |
Рекомендация: - Выбирайте L245, если вы придаете приоритет легкости обработки, более низкой стоимости материала, и ваш конструкционный проект может соответствовать требованиям нагрузки с минимальной прочностью на текучесть 245 МПа. L245 является надежным выбором для общего строительства и для компонентов, где требуется обширная сварка и формовка без агрессивных требований к прочности. - Выбирайте L290, если вам нужна более высокая гарантированная прочность для уменьшения размера или веса секции, или для увеличения допустимых напряжений в конструкционных расчетах. L290 подходит, когда требуется более высокая прочность при сохранении хорошей прочности за счет современных процессов (TMCP и микролегирование). Убедитесь, что для толстых секций или критических приложений указаны соответствующие сварочные процедуры, предварительный подогрев и испытания.
Заключительная заметка: Всегда указывайте действующий стандарт, требуемые температуры ударных испытаний, ограничения по толщине материала и квалификации сварочной процедуры в документах на закупку. Проверьте химию и механические свойства по сертификату завода и специфическим требованиям заказа перед производством или критическим принятием дизайна.